高精度觀測為“宇宙鋰問題”提供新解

　　宇宙誕生之初究竟發生了什么？一批堪稱“宇宙活化石”的古老恒星，正幫助人類不斷接近答案。記者從中國科學院國家天文臺獲悉，由中國科學院院士、中國科學院國家天文臺研究員趙剛，研究員閆宏亮領導的國際研究團隊，對百余顆極貧金屬星進行了迄今規模最大的系統性分析，發現傳統上被認為反映宇宙大爆炸原初鋰含量的“鋰平臺”實際上并非平坦不變，而是呈現緩慢上升趨勢。這一發現為解決困擾學界多年的“宇宙鋰問題”提供了全新視角。相關成果近日發表于《天體物理學雜志》。

　　要理解這項發現，需從一種特殊恒星說起。天文學上將氫和氦之外的元素稱為“金屬元素”。金屬含量極低的恒星被稱為“極貧金屬星”，它們中金屬元素的總量可能僅有太陽金屬含量的萬分之一。這類恒星極其古老，誕生于宇宙“嬰幼兒時期”，其大氣成分如同封存了早期宇宙化學信息的“時間膠囊”，是研究宇宙起源和演化的重要探針。

　　其中，鋰元素的豐度尤為關鍵。根據宇宙大爆炸理論，早期宇宙在誕生數分鐘后便合成了氫、氦及少量鋰，三種元素的比例可以被精確預言。近40年來，天文學家在觀測一類特定溫度范圍的極貧金屬星時發現，其鋰豐度幾乎恒定不變，在統計圖上呈現為一條水平線，學界稱之為“鋰平臺”，并在一段時期內將其直接視作宇宙大爆炸的原初鋰豐度。

　　然而，矛盾在于，測量出的“鋰平臺”數值比理論預言低了約3倍。這就是困擾天文學界多年的“宇宙鋰問題”。

　　此次研究中，科研團隊從我國大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）巡天數據中篩選出103顆極貧金屬星，并借助位于夏威夷的日本昴星團望遠鏡進行了高分辨率光譜觀測。同時，他們采用非局部熱動平衡分析方法，對恒星大氣進行了更貼近真實物理狀態的精細建模，由此獲得了前所未有的高精度鋰豐度數據。

　　當全部數據匯集到統計圖上時，一個顯著趨勢浮現出來：“鋰平臺”并非一條水平直線，而是隨金屬豐度增加呈現微弱但明確的上升趨勢，即金屬豐度越高的恒星，其鋰含量也傾向于越高。

　　“這表明，‘鋰平臺’可能不是嚴格意義上的平臺，更像一個緩坡。”論文第一作者閆宏亮說，這意味著在宇宙誕生早期相當長一段時期內，可能一直存在著某種持續產生鋰元素的機制。換言之，今天觀測到的鋰豐度或許并非大爆炸后的“初始值”，而是在漫長歲月中，鋰的生成過程與消耗過程達到動態平衡后的結果。

　　趙剛認為，這一發現為“宇宙鋰問題”的解決提供了新思路：不應僅從修改大爆炸理論或尋找鋰的消耗機制入手，還需要更加關注銀河系恒星在早期演化過程中“創造”和“消耗”鋰元素的能力。